Asynchrónny (indukčný) motor

Asynchrónny motor, označovaný aj ako indukčný motor, je elektrický stroj, v ktorom rotujúce magnetické pole stacionárnych vinutí indukuje elektrické prúdy v rotore a tieto prúdy následne vytvárajú vlastný magnetizmus rotora. Existuje preto, že ponúka pozoruhodne jednoduchý a robustný spôsob premeny elektrickej energie na rotačný pohyb bez akýchkoľvek permanentných magnetov, kief alebo vzácnych zemín. Prvýkrát ho predviedli Nikola Tesla a Galileo Ferraris v 80. rokoch 19. storočia, stal sa ťažným koňom priemyslu a do osobných áut sa vrátil vo veľkom, keď ho Tesla zvolila pre pôvodný Model S.

Princíp spočíva na elektromagnetickej indukcii. Trojfázový striedavý prúd privedený do vinutí statora vytvára magnetické pole, ktoré obieha okolo motora rýchlosťou určenou frekvenciou napájania. Rotor, zvyčajne klietka nakrátko z hliníkových alebo medených tyčí spojených na oboch koncoch, sa nachádza vo vnútri tohto poľa. Keďže sa rotor otáča o niečo pomalšie než pole, siločiary pretínajú tyče a indukujú v nich prúdy; tieto indukované prúdy vytvárajú vlastné pole, ktoré pole statora ťahá so sebou. Tento rozdiel rýchlosti medzi poľom a rotorom sa nazýva sklz a je nevyhnutný: bez sklzu by nevznikol žiaden indukovaný prúd a žiaden krútiaci moment.

Pre vodiča a vozidlo spočíva príťažlivosť asynchrónneho motora v životnosti a cene. Bez magnetov, ktoré by mohli stratiť magnetizmus, a s rotorom, ktorý je len o málo viac než odliatok, dobre znáša teplo aj vysoké otáčky a je lacný na výrobu z bežne dostupných materiálov. Ďalšou praktickou výhodou je, že keď menič prestane napájať stator, rotor nenesie žiaden vlastný magnetizmus, a tak vytvára takmer žiaden odpor. Motor sa môže voľne otáčať, čo zabraňuje parazitným stratám, ktorými trpí stroj s permanentnými magnetmi, keď sa otáča bez napájania.

Práve táto schopnosť voľného otáčania vysvetľuje, prečo sa asynchrónne motory často objavujú na prednej náprave dvojmotorových elektromobilov s pohonom všetkých kolies. Auto pri ustálenej jazde využíva efektívnejší motor s permanentnými magnetmi vzadu a asynchrónny motor zapája len pri potrebe väčšej trakcie alebo zrýchlenia, pričom mu po zvyšok času umožní otáčať sa so zanedbateľnou stratou. Varianty sa líšia najmä materiálom rotora a konštrukciou vinutia, pričom verzie s medeným rotorom obetujú o niečo vyššiu cenu za lepšiu účinnosť.

Hlavnou nevýhodou je účinnosť pri nízkom, ustálenom zaťažení. Udržiavanie poľa rotora vyžaduje nepretržité indukovanie prúdov, čo spôsobuje odporové zahrievanie rotora, takže asynchrónny motor je pri každodennej miernej jazde spravidla o niekoľko percent menej účinný než porovnateľný motor s permanentnými magnetmi. Pri danom výkone môže byť tiež o niečo väčší a ťažší. Jeho správanie riadi výlučne menič, ktorý formuje frekvenciu a amplitúdu dodávaného prúdu, takže oba komponenty treba chápať spoločne ako jeden hnací systém, nie izolovane.